锂电“上新”神舟飞船电源迈入新时代

来源：新民晚报 时间：2024-04-26 16:27

　　2021年，13次载人飞行任务，神舟载人飞船已成功将22位航天员、35人次送入太空，任务成功率100%。今昔对比，神舟飞船电源一直在进步，应对空间复杂环境能力不断升级，应对型号高密度发射和研制的管理经验也愈发成熟。大容量长寿命高可靠锂离子蓄电池将接过神舟飞船“十七朝元老”大容量镉镍蓄电池的“接力棒”，开启神舟飞船电源的新征程。

　　新“成员”锂离子蓄电池，并不是“履历空白”的航天“新兵”。中国航天科技集团八院技术专家钟丹华介绍，神舟飞船采用的长寿命大容量锂离子蓄电池，已成功在空间站、货运飞船等航天器上应用，安全性可靠性得到了广泛的验证，“比能量更高、循环寿命更长、高倍率充电更佳，且为整船减重了50公斤左右，进一步满足了空间站应用与发展阶段神舟飞船的任务需求。”

　　新“成员”，开启又一新征程。811所电源研制团队继续探索，再次升级锂离子蓄电池的充电控制方式，“采用全硬件的充电控制方式，安全冗余采用三重冗余控制方式，每一种均可独立开展工作，且互为备份，相当于为电池的安全性上了‘三重保险’。”在每种充电控制方式里，又充分融入了811所研制人员精益求精、毫厘不失的严谨作风，采取了多模冗余等容错设计，并相应升级了充电控制器的结构以及各模块之间的联通方式等，钟丹华透露，“这在目前国内的全硬件控制系统里面，安全性可靠性是最高的。”

　　在载人航天工程的第一个阶段，神舟一号到神舟七号的电源经历了一段从无到有、从零起步的故事。研制团队经过多轮论证和攻关，确定了多种电源联合供电的飞船电源系统模式，其中包括为飞船量身打造的光电转换效率约15%的硅太阳电池、65安时的镉镍蓄电池，和当时国内最长使用寿命的锌银电池，整船的供电能力大于1200瓦。这些填补了当时多项国内空间电源的空白。接下来的几艘船，又相继攻克了不同类型的电源并网、满足扩大发射窗口需求、电源故障模拟与仿真、进一步提升可靠性安全性设计等难题，实现了让神舟“上得去”“回得来”的目标。

　　自神舟八号开始，飞船的电源系统在前期的基础上，经历了一次大的升级。供电结构由两机组升级为三机组，采用了约28%光电转换效率的三结砷化镓太阳电池，镉镍蓄电池容量升级至70安时，锌银电池的使用寿命增加100%，电源的功率传输和控制功能也进行了重新设计。“可满足整船大于1800瓦的负载需求，为后续飞船的电源系统建立了一个基线。”也正是从此开始，升级后的飞船电源系统携手发电能力更强的天宫一号目标飞行器和天宫二号空间实验室，让航天员在太空随时吃上了热饭热菜。

　　2020年开始，空间站建造大幕徐徐拉开。神舟十二号到神舟十五号在二期的基础上，进一步提升电源适应不同使用环境的能力。电源具备了发射场长期待命、应急救援的快速发射能力，同时可以在空间站“一字构型”“L字构型”“T字构型”状态下，适应复杂的遮挡情况，与空间站开展并网供电。“无论是径向停靠、前向停靠，还是惯性飞行、对地飞行，电源通过了空间站关键技术验证和建造阶段所有飞行工况的复杂考核，成功在飞船系统层面保障了能源供给的安全，表现‘稳健’”。

　　进入空间站应用与发展阶段，神舟飞船开始组批生产。为更好地承受空间站常态化运营阶段各种复杂的外部力量，神舟十六号和神舟十七号电源相继对太阳电池翼驱动系统、驱动机构进行了升级。值得一提的是，神舟十八号不仅仅迭代升级了主电源的蓄电池及其充电控制方式，更是将返回电源、应急电源、火工品电源使用的锌银电池进行了再次延寿，“锌银电池的使用寿命增加20%，可以支撑神舟飞船在轨更长时间的停靠任务。通过电源产品能力的逐步提升，不断拓宽任务的使用边界，更好地助力整个空间站工程任务。”

责任编辑：闫弘旭